Muzeum, založené ve 20. letech 19. století jako Kabinet přírodních věd, má ve skutečnosti ještě hlubší kořeny, protože první sbírka přírodních exponátů, která se dostala na univerzitu v Modeně, pochází z dědictví biskupa Modeny Giuseppe Maria Foglianiho (1786), který daroval svou sbírku rektorátu.

Nejvýznamnější část muzejního fondu se však vytvořila v druhé polovině 19. století díky několika významným darům. Výstava vystavuje převážně zkameněliny zvířat, obratlovců a bezobratlých, ale nechybí ani rostlinné exponáty.

Muzeum je rozděleno do tří lokalit: hlavní sídlo katedry na Via dell'Università, kde se nachází sbírka bezobratlých a zkamenělých rostlin, stejně jako výukové a výzkumné aktivity; na Via Berengario 14, dříve sídle muzea anatomie, se nachází Síň dinosaurů a sbírka zkamenělých obratlovců; v Foro Boario se nachází sídlo pro přípravu výstav katedry.

Svědci pocházející z formací neogénu toskánsko-emiliánského Apenin představují nejrozsáhlejší část majetku a jsou dílem výzkumné činnosti mnoha profesorů paleontologie modenské univerzity a přírodovědců, jako jsou Pietro Doderlein a Dante Pantanelli. Mezi nimi si pro svůj zájem zaslouží zmínku pozůstatky mořských plazů z období křídy a druhohor.

Část kostry plejtváka, která byla objevena zhruba před třiceti lety, doplňuje řadu místních fosilního materiálu mořského původu. V roce 1926 muzeum získalo malacologickou sbírku Coppi, která zahrnuje exempláře pocházející z modenského Apenin. V roce 1946 se objevily fosílie Bentivoglio (rostlinné fosilie z horního karbonu) a později sbírky Montanaro Gallitelli (fosilie ze všech částí světa).

V 60. letech se podařilo získat kostry Camptosaura a Allosaura z nalezišť v Utahu, které společně s dokonale zachovalým ichtyosaurem z dolní jury (západní Německo), darovaným nadací Ligabue, zdobí „Síň dinosaurů“.

Významná je také sbírka mořských ryb a zkamenělých palem pocházející z proslulé lokality Bolca v provincii Verona. Bohaté jsou i sbírky mikrofosílií, zejména sbírka Di Napoliho, jednoho ze zakladatelů moderního oboru mikropaleontologie.